祛魅天使粒子轰动一时的物理打破竟仅仅平凡短路

宣告“完毕人类80年的绵长寻找”，旋即又堕入到2年多的争议。4位华人科学家发现正反同体“天使粒子”的效果，总算迎来了阶段性的断定。

1月3日，以美国宾夕法尼亚州立大学物理系助理教授常翠祖等为通讯作者的一篇论文在线宣布在尖端学术期刊《科学》上。该团队在30多个样品上均未能找到“天使粒子”存在的依据，相反，此前所谓的“依据”或许用一种更为平凡的“短路”机制来解说。

正反一体粒子

时刻倒回到2017年7月，相同是在《科学》上，一篇题为《量子失常霍尔绝缘体-超导体结构中的手征马约拉纳费米子模》的论文出生，轰动一时，通讯作者为何庆林、寇煦丰、张首晟、王康隆。

这项作业，涉及到一种预言中的奥秘粒子——马约拉纳费米子。物理学范畴的根本粒子分为两种：费米子和玻色子，费米子包含电子、夸克等咱们了解的组成物质的粒子。

1928年，物理学家保罗·狄拉克做出猜测：国际中的每个根本粒子都有一个与其对应的反粒子——电荷相反的“双胞胎”。当粒子与反粒子相遇时，它们会湮灭，一起释放出一股能量。

1937年，意大利天才物理学家埃托雷·马约拉纳供给了另一种猜测：应该有一些费米子，自己便是自己的反粒子，并能够用一个动摇方程来描绘。马约拉纳猜测之后悄然失踪，给这一预言增添了奥秘色彩。

意大利天才物理学家埃托雷·马约拉纳

80年后，相同有天才之名的张首晟给马约拉纳费米子起了单个名叫“天使粒子”，创意来源于丹·布朗的小说及其电影《天使与魔鬼》。“这部著作描绘了正反粒子湮灭爆破的场景。曩昔咱们咱们都以为有粒子必有其反粒子，正如有天使必有魔鬼。但今日，咱们找到了一个没有反粒子的粒子，一个只要天使，没有魔鬼的完美国际。”

电导“半个台阶”

何庆林、寇煦丰、张首晟、王康隆等人找到的决定性试验依据，是“半个台阶”，即半整数电导机制。

张首晟在2008年理论预言了量子失常霍尔效应，并在2013年被其老友、清华大学教授薛其坤团队证明。在试验中，跟着调理外磁场，失常量子霍尔效应薄膜呈现出量子渠道，对应着1、0、-1倍根本电阻单位e2/ h。也便是说，它只能整数倍地“跳台阶”。

一般的粒子只能跳整个台阶，那么正反同体的马约拉那费米子从某种意义上算是“半个粒子”，会不会按半整数跳呢？1993年，文小刚就猜测在一些二维拓扑物态鸿沟上会呈现手征马约拉纳费米子模。

王康隆团队运用的器材结构

当加州大学洛杉矶分校王康隆团队把一般超导体置于失常量子霍尔效应薄膜之上时，的确看到了“半个台阶”，对应 1/2 倍根本电阻单位e2/ h。

效果三重争议

在广泛新闻媒体报道之后，“天使粒子”效果堕入长时间争议。

榜首重争议：有没有发现实在的粒子？

其实，马约拉纳费米子一向有个“最佳嫌疑人”，便是中微子。不过，证明这一点有必要进行无中微子的beta双衰变试验，人类暂时还没有才能到达相应的试验精度。因而，一些科学家将目光转向了凝聚态物理。

凝聚态物理学研讨的是由很多粒子组成的凝聚态结构，一般无法直接观测到单个粒子。不过，固体资料（比方金属、非金属、半导体、超导体）内部的自由电子，在何时的磁场、压力、温度等外部条件下，会发生特定的团体活动趋势，似乎是一个虚拟粒子。

这些“准粒子”，在适宜的环境条件会表现出和实在粒子相同的物理规则，仅仅“附身”在固体资料上，能够视作粒子投射其上的魅影，即马约拉纳费米子模。

简化一点描绘的话，真实的马约拉纳粒子是三维的，而虚拟的马约拉纳费米子模是一维的。

论文自身运用的是“手征马约拉纳费米子模”的专业表述，但媒体广泛运用了更为浅显的“马约拉纳粒子”这一提法，引起一些误解。

第二重争议：奉献分配“内讧”。在张首晟主导了效果的广泛曝光后，王康隆对其“喧宾夺主”有所不满。他揭露表明，张首晟并未参加到试验中，直到论文宣布前的3个月，张才要求成为文章的通讯作者。

2018年12月，张首晟因抑郁症在斯坦福大学坠楼身亡，关于“天使粒子”的揭露评论逐步沉寂，但是，试验重复性这第三重争议，却一直暗潮涌动。

该效果发布后，国际上多个研讨组企图重复试验成果，但再未得到“天使粒子”的清晰依据。一些理论以为，要害的半整数电导渠道或许并非由手征马约拉纳费米子模形成，存在几种更为平凡的解说，包含资料边际的“短路”问题。

事实上，“天使粒子”论文从投递到宣布长达一年，据知情科研人员泄漏，《科学》审稿人的确有此种顾忌，要求王康隆团队极力扫除其他或许性后才终究接纳。

祛魅

此次《科学》宣布的负面成果论文，终究指向了“短路”这一平凡的机制。论文题为《在量子失常霍尔超导器材中缺少手征马约拉纳费米子模的依据》。

模仿“天使粒子”论文的试验，由宾夕法尼亚州立大学领导的团队制作了30多个一般超导体与失常量子霍尔效应薄膜组合的结构，发现当器材处于失常量子霍尔态且与磁化方向共同时，两头的电导一直呈现出半整数台阶。这与“天使粒子”论文试验中整数台阶与半整数台阶并存的成果不符。

《科学》最新宣布的回转论文

文章以为，这种半量子化电导渠道不太或许是由样本中的手征马约拉纳粒子导致的。该团队指出，此前的试验疏忽了掩盖在失常量子霍尔效应薄膜上的超导体条会将两边的失常量子霍尔绝缘体进行简略电学衔接。换句话说，形成“短路”。这种短路才是“半个台阶”现象呈现的本源。

80多年曩昔，马约拉纳费米子仍然杳无踪迹。它一度在凝聚态物理学界的抢手资料上闪现魅影，牵扯上拓扑量子核算的热门更显引诱，但终究证明仅仅一场幻梦。